产能模数数系选择及相关因素分析

◎ 魏克娴，袁育芬，叶 坚

（郑州中粮科研设计院有限公司，河南 郑州 450053）

1 模数的数系选择

优先数系是由公比分别为10的5、10、20、40、80次方根，且项值中含有10的整数幂的理论等比数列导出的一组近似等比的数列。

优先数：优先数由公比分别为10的5、10、20、40、80次方根，且项值中含有10的整数幂的理论等比数列导出的一组近似等比的数列。

各数列分别用符号R5、R10、R20、R40、R80表示，称为R5系数、R10系数、R20系数、R40系数和R80系数。

基本系列表和补充系列R80表中列出的1-10这个范围与其一致，这个优先数系可向两个方向无限延伸，表中值乘以10的正整数幂或负整数幂后即可得其他十进制项值。

优先数系中任一个项值均称为优先数。

优先数系是国际上统一的数值分级制度。目前我国的国家标准为GB/T 321-2005，国际标准为ISO3、ISO17、ISO497。

优先数系有很多优点，工程技术上的各种参数指标，特别是需要分档分级的参数指标，采用优先数系可以防止数值传播紊乱。

优先数系不仅适用于标准的制订，而且适用于标准制订以前的规划、设计阶段，从而把产品品种的发展，从一开始就引导到合理的标准化的轨道上。

优先数系由一些十进制等比数列构成，数列的简号为Rr。按国家标准GB/T 321-2005 《优先数和优先数系》的定义。优先数是符合R5、R10、R20、R40和R80系列的圆整值。

2 应用优先数系的要点和原则

（1）在确定产品的参数或参数系列时，如果没有特殊原因而必须选用其他数值的话，只要能满足技术经济上的要求，就应当力求选用优先数，并且按照R5、R10、R20和R40的顺序，优先用公比较大的基本系列；当一个产品的所有特性参数不可能都采用优先数，也应使一个或几个主要参数采用优先数；即使单个参数值，也应按上述顺序选用优先数。这样做既可在产品发展时插入中间值仍保持或逐步发展成为有规律的系列，又便于与其他相关产品协调配套。

（2）当基本系列的公比不能满足分级要求时，可选用派生系列。选用时应优先采用公比较大和延伸项中含有项值1的派生系列。移位系列只宜用于因变量参数的系列。

（3）当参数系列的延伸范围很大，从制造和使用的经济性考虑，在不同的参数区间，需要采用公比不同的系列时，可分段选用最适宜的基本系列或派生系列，以构成复合系列。

（4）按优先数常用值分级的参数系列，公比是不均等的。在特殊情况下，为了获得公比精确相等的系列，可采用计算值。

（5）如无特殊原因，应尽量避免使用化整值。因为化整值的选用带有任意性，不易取得协调统一，而且由于误差较大带来一些缺点。如系列中含有化整值，就使以后向较小公比的系列转换变得较为困难，化整值系列公比的均匀性差，化整值的相对误差经乘除运算后往往进一步增大[1]。

3 优先数系选用案例

3.1 减速机速比

减速机速比数是按照优选数系选定的。减速机速比数列，AB系列伺服行星减速器分，AB 40、60、90、115、140、180、220、280同轴式机座型号；速比，1～1 000有20多个比速可选择，分一、二、三级减速传动；精度，一级传动精度在2～4弧分，二级传动精度在4～5弧分，三级传动精度6～7弧分，有1 000多种[2]。

根据数系中的减速比和速比计算方法，可以算出输入输出轴速。减速比的计算方法有以下几种：①定义计算方法：减速比=输入转速/输出转速。②通用计算方法：减速比=使用扭矩/输入扭矩。③齿轮系计算方法：减速比=从动齿轮齿数/主动齿轮齿数（如果是多级齿轮减速机，那么将所有相啮合的一对齿轮组的从动轮齿数÷主动轮齿数，然后将得到的结果相乘即可。④皮带、链条及摩擦轮减速比计算方法：减速比=从动轮直径/主动轮直径。

ZDH型减速机型号—单级：80、100、125、160、200、250、280、315、355、400、450、500、560。

两级：112、125、140、160、180、200、224、250、280、315、355、400、450、500、560、630、710。

三级：160、180、200、224、250、280、315、355、400、450、500、560、630、710。

3.2 电机功率

根据电机功率计算公式可以反算电机的其他参数或配备该电机的设备的其他系数。

电机功率计算公式可以参考下式：

式（1）中，P为功率，kW；F为牵引力，kN；v为速度，m/min；η为传动机械的效率，一般0.8左右[3]。

4 接发系统及设备产能模数数系选择

接发设备产能模数的选择考虑以下因素：①产能模数不能太多。②产能模数便于企业选用。③便于计算统计，选10的整倍数，没有完整的采用R5或R10或R20的数列。④考虑粮库的现状，大部分粮库的移动式接发设备使用50 t/h，所以保留50 t/h的产能模数，其余均为100 t/h以上。⑤粮食流量大，散粮接发系统有大规模发展的趋势。考虑到设备和系统的发展空间，按照100的整数倍增加。产能大于1 000 t/h时，按200的整数倍增加，目前单机最大产量为2 000 t/h，而系统最大产能为4 000 t/h。则需要2条2 000 t/h结合的作业线来完成。以后，根据粮食物流的发展，逐步拓展模数系列[4]。

5 我国粮食物流发展现状

2014年我国粮食年物流量约3.65亿t，其中跨省区粮食年物流量约1.7亿t，其中小麦约4 085万t，稻谷约4 030万t，玉米约5 450万t，大豆及其他约2 300万t。粮食主要流向是：东北的玉米、稻谷（大米）和大豆流向华东、华南和华北地区；黄淮海的小麦流向东北、华北、华东、华南和西南地区；长江中下游的稻谷（大米）流向华东、华南地区。东北地区年流出粮食约5 040万t，黄淮海地区流出小麦约4 775万t，长江中下游地区流出稻谷约2 480万t，东南沿海地区（沪、苏、浙、闽、粤、桂）粮食流入量约5 040万t，京津地区粮食流入量约900万t[5]。东北地区成为中国最大的粮食流出地区，东南沿海成为最大的粮食流入地区，形成北粮南运的流通格局。

近年来，我国粮食的仓储、运输、装卸、包装条件不断改善，粮食流通体制改革不断深化，粮食购销市场化和经营主体多元化格局初步形成，国有粮食企业改革积极稳妥推进，大型粮食企业开始实施其全国性物流资源的战略部署，粮食产销衔接进一步发展，粮食宏观调控取得明显成效，粮食现代物流体系建设正逐步推进。

粮食仓储、运输、装卸、包装条件不断改善。2003年，利用世界银行贷款和国内配套资金在东北地区、长江沿线和西南地区建设的粮食收纳库、中转库、港口库和散粮运输系统基本建成并投入运营。1998—2003年，国家利用国债资金建设的1 114个、总仓容为5 260万t的国家粮食储备库投产使用，粮食仓储条件大为改善，技术装备水平明显提高，但只有约11%是适合粮食散装散卸的立筒仓、浅圆仓，其中有相应的散粮接收发放设施，其余89%是平房仓。关内主产区交通枢纽站和南方部分主销区，散粮中转库容不足[6]。散粮中转设施布局区域不平衡。

5.1 接发设备配备现状

2014年统计结果显示，全国共有专用散粮接收设施能力9.3万t/h，专用散粮发放设施能力10.1万t/h。其中，东北占20.5%，华北占28.8%，东南占13.2%，中南占5.4%，西南11.4%，西北0.8%。平均每个粮库拥有各类移动式输送设备3.8台套。在3.1万个粮库中，浅圆仓、立筒仓、砖圆仓等具有一定机械化散装化作业系统的仓型比例达到了10.6%[7]。

各类粮库的接发系统与库内仓型有较大关系。以立筒仓、浅圆仓为主的粮库，接发系统机械化程度高，也比较复杂。以平房仓为主的粮库，多以移动设备组成接发系统，其中具有较高工作效率要求的，其接发系统与以立筒仓、浅圆仓为主的粮库的类似。为此，以下按照平房仓类、浅圆仓立筒仓类两种情况进行分析研究。

5.1.1 平房仓配有移动式接发设备

由于平房仓的占地面积较大，装粮高度低，因而大多采用移动式的进出粮设备。以往平房仓的进、出仓基本上采用移动式皮带机和人工相结合的形式，工人劳动强度大，作业环境恶劣。

目前，大部分粮库具有通用性、实用性强、技术先进、方便灵活、可调性强等优点，能满足散粮的进出仓各种作业要求的设备。在作业过程中能转向、倾斜、旋转、升高、伸长、设备能移动，可在粮库所有的仓房中使用，能在不同跨度、不同高度、不同运距的粮库中进行粮食输送作业。平房仓散粮储存的配套设备主要采用以下几种：移动式转向皮带输送机、补仓机、移动式胶带输送机、扒谷机、移动式吸粮机等。

5.1.2 浅圆仓、立筒仓配有固定式设备

通过世行粮食流通项目、机械化骨干粮库、国家和地方粮食储备库等几次大规模粮库建设，已在全国各地建成投产了一批仓容大、机械化程度高、中转速度快的中转与储备粮库，使我国的粮食流通水平有了很大提高，并明显加强了国家的宏观调控和稳定粮食市场作用。接发系统作业效率高。

浅圆仓、立筒仓具有单仓容量大、单位储粮占地面积小、密闭性能好、机械化程度高的特点。其接发系统中配备的设备有：①输送设备包括气垫式胶带输送机、斗式提升机、埋刮板输送机、单托辊皮带机、多点卸料皮带机等。②清理设备：依据浅圆仓的储粮规范要求配置的清理设备包括振动筛、网带筛等。③其他设备：与散粮汽车、散粮火车、散粮船配套的装卸设备。

5.2 周转率与接发设备产能模数的相关性

一般粮库有年周转量的要求，内陆库年周转4～6次。粮库常年各月份均衡地进行粮食周转。这类粮库，可按照每月的工作日数，每日的工作班数，每班的工作时数，适当考虑不均衡性，机械作业效率系数，计算其平均小时产能作为系统的产能模数。一般按照此决定接发设备产能。

储备库每年的中转量即为其轮换量，集中在4个月内完成，不能按中转量在全年12个月的平均量计算其接发产能模数，应按其在4个月内完成轮换，计算其产能模数。

平房仓为主的粮库采用移动设备。考虑到移动设备的轻便，设备单机产能为50 t/h或者100 t/h。粮库接发系统产能要求很大时，则采用多线实现接发系统产能。

6 散粮装卸时间与接发系统及设备产能模数的相关性

6.1 散粮火车装卸时间与接发系统及设备产能模数的相关性

6.1.1 火车发放形式与调度原则

正常情况下，火车发放一般视为均匀流，但在实际的运营中，其发放又影响堆场（中转仓）存量，总的原则是仅当堆场（中转仓）存量大于车的载重量时，才允许火车发放；以接发粮食为主的港口，当堆场（中转仓）存量与来船载重量之和大于设计堆场（中转仓）容量时，采取加开火车车辆的方式发放。

在火车散粮发放设施的设计中，必须获得火车装车站的散粮发放能力、火车装车工位的数量和发放输送线的能力3种数据。设计计算上述数据时没有公式可用，只能根据粮食的年火车发放量和项目点的条件靠经验估计确定。依据对散粮装火车作业过程的观察和测定，导出了与散粮年发放量、装车速度等因素相关的火车发放散粮设施的设计计算公式。

6.1.2 火车卸车时间限制

按照铁路部门的要求，4 h之内进出库，实际时间为12 h，有些地方24 h。

6.1.3 接发火车车辆数

①发放火车车辆数，整列为50辆，半列为25辆。②有的每天均衡发放车辆。有的每隔一段时间发一次。③以每次发车数和要求装车时间计算发放系统产能。④火车接收系统产能计算考虑的因素，与发放系统相同。

6.2 散粮船舶装卸时间与接发系统及设备产能模数的相关性

一般海轮装粮3万～5万t，停港时间为5 d；内河3 000～5 000 t，停港时间为2～3 d。

根据粮船的装载量和靠港的粮食装卸时间要求计算接发系统的产能。计算时要考虑作业前后的准备时间、换仓移船时间、设备工作效率、清仓产能影响、天气影响等因素。

6.3 散粮汽车装卸时间与接发系统及设备产能模数的相关性

我国是农业大国，粮食年产量为5亿t，在目前1.7亿t的粮食流通量中，公路运输量占30%，以中短途为主，主要是省内运输以及跨省运输前的粮食集并，运距基本上在50～200 km。粮食物流实现“散装”化，将使我国散粮专用车在产量、品种及技术水平方面有较大提高。

一般首先根据汽车接收或发放量要求，适当考虑接收发放的不均衡性、天气、作业前准备、作业后收尾、作业设备效率等因素，先计算系统产能模数，再根据系统产能模数，使用汽车车型载量，计算单条作业线产能模数，根据作业线产能模数，选定设备产能模数[8]。

6.4 决定产能模数的主要因素

产能模数要统筹考虑火车、汽车、船等接发要求。在计算接发系统的产能模数时，系统产能模数应能满足粮库节点全年中转量要求。计算中要考虑满足全年中接发高峰期的产能要求。火车装粮、轮船装粮，从经济性和行业要求考虑，都有装卸时间的相关要求。接发系统既要满足全年中转量要求，也要满足车船装卸时间要求。计算公式中用多个系数体现相关影响因素。系统产能模数选定后，再考虑作业和灵活性，便于检修和设备故障应对策略，选择单作业线或系统作业线产能，再根据作业线产能，选择设备的产能模数。